數(shù)字信號解調(diào)的基本原理

1、7. 3數(shù)字信號解調(diào)的根本原理簡介7. 3. 1 2ASK信號的解調(diào)2ASK信號有兩種根本的解調(diào)方法，即非相干解調(diào)包絡(luò)檢波法與相干解調(diào)同步檢 測法。簡單地說，非相干解調(diào)是指接收端不需要恢復(fù)載波信號即可實(shí)現(xiàn)解調(diào)的方法；相干解調(diào)法那么是在接收端必須恢復(fù)與發(fā)送端一致的載波才能實(shí)現(xiàn)解調(diào)的方法。1 . 2ASK信號的非相干解調(diào)2ASK非相干解調(diào)方框圖如圖 7-29所示。帶通濾波器的作用是使 2ASK信號完整地通過，經(jīng)包絡(luò)檢波器后，輸出其包絡(luò)。低通濾 波器LPF的作用是濾除高頻雜波，使基帶信號包絡(luò)通過。抽樣判決器包括抽樣、判 決及碼元形成，經(jīng)抽樣、判決后將碼元再生，即可恢復(fù)出數(shù)字序列。定時(shí)抽樣脈沖位同步

2、信號是很窄的脈沖，通常位于每個(gè)碼元的中央位置，其重復(fù)周期等于碼元的寬度。2. 2ASK信號的相干解調(diào)2ASK相干解調(diào)方框圖如圖 7-30所示。X(t) I*! W定時(shí)陽沖圖7-30 2ASK相干解調(diào)方框圖相干解調(diào)就是同步解調(diào)，要求接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)送載波同頻、同相的本地載波信號， 稱其為同步載波或相干載波。設(shè)輸入信號為x(t) = S(t)COS( ctc)，本地載波為A cos( d !)，那么乘法器輸出yi(t) = s(t) cos( ctc) ACOS( it 1)S(t) cos(ci)t( ci)+S(t) cos(ci)t( ci) 7-16低通濾波器輸出yi(t) ks(t)

3、cos( c i)t ( c i) 7-17式中，k為低通濾波器傳輸系數(shù)。根據(jù)相干解調(diào)的定義，本地載波應(yīng)與發(fā)送端載波同頻、同相，即式7-17中，c i=0, c 1 = 0,最終輸出y(t) ks(t) 7-18采用同步檢波法，接收端必須提供一個(gè)與 2ASK信號載波保持同頻、同相的相干振蕩信 號，可以通過窄帶濾波器或鎖相環(huán)來提取同步載波。顯然，提取本地載波會導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜、 實(shí)現(xiàn)困難。對于2ASK信號，通常使用包絡(luò)檢波法。包絡(luò)檢波法具有設(shè)備簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。7. 3. 2 2FSK信號的解調(diào)2FSK信號同樣有兩種根本的解調(diào)方法，即非相干解調(diào)包絡(luò)檢波法與相干解調(diào)同 步檢測法

4、。但是，由于從FSK信號中提取載波較困難，目前多采用非相干解調(diào)的方法，如 鑒頻法、分路濾波包絡(luò)檢波法、過零點(diǎn)檢測法等。1.分路濾波包絡(luò)檢波法分路濾波包絡(luò)檢波法方框圖如圖7-31所示。低通虢波器捕拝©帶通低適t»定時(shí)腺?zèng)_圖7-31分路濾波包絡(luò)檢波法方框圖當(dāng)頻移寬度較大時(shí)，可把 2FSK信號看成是兩個(gè)幅移鍵控信號的疊加，此時(shí)，利用兩個(gè) 中心頻率為f1 ； f2的帶通濾波器將兩路分別代表1碼和0碼的信號進(jìn)行別離，經(jīng)包絡(luò)檢波器后分別取出它們的包絡(luò)。抽樣判決器起比擬器作用，把兩路包絡(luò)信號同時(shí)送到抽樣判決器 進(jìn)行比擬，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。假設(shè)上、下支路的抽樣值分別用*、y表示，那

5、么當(dāng)y1 > y 時(shí)，判決輸出1碼：當(dāng)如v y2時(shí).判決輸出0碼。分路濾波包絡(luò)檢波法方框圖各點(diǎn)波形如圖7-32所示。flA A ,J! V vII1vAr11® j1 R!-T!rAAA(V1111 :H11tH/VV1111T11111i41i a itIH1111110 1 11> 1 1 10i0I< 0 i1111IiT.f圖7-32分路濾波包絡(luò)檢測法各點(diǎn)波形分路濾波包絡(luò)檢波法的缺點(diǎn)是頻帶利用率低，但實(shí)現(xiàn)比擬容易，主要用于解調(diào)相位不連續(xù)的FSK信號。2過零點(diǎn)檢測法過零點(diǎn)檢測法的根本思想是：2FSK信號的過零數(shù)隨不同的載波而異，即頻率高那么過零點(diǎn)數(shù)目多，頻率低

6、那么過零點(diǎn)數(shù)目少，因此通過檢測過零點(diǎn)數(shù)目可以判斷載波的異同。過零點(diǎn)檢測法方框圖如圖 7-33所示。將FSK信號經(jīng)限幅、微分、整流得到與頻率變化相應(yīng)的單極性脈沖序列該序列代表 調(diào)頻波的過零點(diǎn)數(shù)，然后經(jīng)脈沖形成電路形成一定寬度的脈沖，經(jīng)低通濾波器形成相應(yīng)的 數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)過零檢測，各點(diǎn)波形如圖 7-34所示。過零點(diǎn)檢測法廣泛應(yīng)用于數(shù)字調(diào)頻系統(tǒng)中，可用于解調(diào)相位連續(xù)或相位離散的FSK信號。t心 IIIIIII IIIIIIIiiii iIII)1IIIIIIIbIi (t I 1 i i i 0. i G v i© i Ii ；r7.3.3 相移圖7-34 過零點(diǎn)檢測法各點(diǎn)波形鍵控的解調(diào)對

7、于調(diào)相信號，相位本身攜帶信息， 在識別它們時(shí)必須依據(jù)相位，因此，必須使用相干解調(diào)法。1.絕對調(diào)相的解調(diào)絕對調(diào)相解調(diào)原理框圖如圖7-35所示。帶通-011本也融淀迄吋關(guān)沖圖7-352PSK解調(diào)原理框圖二進(jìn)制絕對調(diào)相解調(diào)框圖各點(diǎn)波形如圖7-36所示。2PSK信號相干解調(diào)的過程實(shí)際上是輸入已調(diào)信號與本地載波信號進(jìn)行極性比擬的過 程，故常稱為極性比擬法解調(diào)。在2PSK解調(diào)中，關(guān)鍵是恢復(fù)發(fā)送端的載波信號。通常的方法是倍頻一分頻法，如圖7-37所示。首先，對 2PSK信號進(jìn)行全波整流，實(shí)現(xiàn)倍頻，產(chǎn)生頻率為2 fC的諧波；然后通過濾波器輸出2 fC分量；最后經(jīng)過二分頻取得頻率為 fC的本地相干載波，各點(diǎn)波形

8、如圖 7-38所示。由于2PSK信號是以一個(gè)固定初相的未調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻、同 相的本地同步載波。從上面的分析可知，頻率為fC的本地相干載波的相位由于干擾、同步誤差等原因，存在相位模糊問題，即其相位是不確定的。如果本地相干載波的相位倒相比較圖7-38、，即0相位變?yōu)閚相位或n相位變?yōu)?相位，那么會造成0判斷為1、1判斷為0的判斷錯(cuò)誤。這種因?yàn)楸镜貐⒖驾d波倒相，而在接收端發(fā)生錯(cuò)誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱為“反向工作現(xiàn)象。因此，絕對調(diào)相的嚴(yán)重缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作情況，實(shí)際 應(yīng)用中使用少。圖 7-37倍頻-分頻法框圖 mrYWWYYA圖7-38倍頻一分頻法各點(diǎn)波形圖解決絕

9、對調(diào)相嚴(yán)重缺點(diǎn)的方法是采用相對調(diào)相。2相對調(diào)相的解調(diào)2 DPSK信號的解調(diào)有兩種方式，一種是極性比擬法解調(diào)，另一種是相位比擬法解調(diào)。 極性比擬法解調(diào)實(shí)際上是間接產(chǎn)生法相對調(diào)相的反過程，即先按絕對調(diào)相接收，把 2DPSK信號解調(diào)為相對碼基帶信號，然后經(jīng)過碼變換器將相對碼變換為絕對碼。極性比擬 法解調(diào)方框圖如圖 7-39所示。®圖7-40說明了極性比擬法解調(diào)的過程和DPSK是如何克服反向工作的。、是載波未發(fā)生倒相時(shí)的解調(diào)波形，而、是載波發(fā)生倒相時(shí)的解調(diào)波形?？梢?看到，無論本地載波是否發(fā)生倒相，最終的解調(diào)輸出都是發(fā)送端發(fā)送的基帶信號，這是因?yàn)橐?jīng)過碼變換器的緣故。在碼變換器中，按照式bn an bn 1、式an bn bn 1進(jìn)行碼變換。同頻同相莪波 一© -司弍養(yǎng)呻 -| wywvx-IiAAA/AAA7 DwwjYYYyVYVX 圖7-402DPSK解調(diào)各點(diǎn)波形圖相位比擬法解調(diào)直接使用相位比擬器比